МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Цифровая обработка сигналов

рабочая программа дисциплины
Закреплена за кафедройКафедра информационной безопасности
Направление подготовки10.04.01. Информационная безопасность
ПрофильИнформационная безопасность банковских и финансовых систем
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость5 ЗЕТ
Учебный план10_04_01_ИБ-1-2020
Часов по учебному плану 180
в том числе:
аудиторные занятия 54
самостоятельная работа 126
Виды контроля по семестрам
зачеты: 1

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 1 (1) Итого
Недель 18
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 18 18 18 18
Лабораторные 36 36 36 36
Сам. работа 126 126 126 126
Итого 180 180 180 180

Программу составил(и):
ст.преп., Салита Д.С.

Рецензент(ы):
к.ф.-м.н., доцент, Рудер Д.Д.

Рабочая программа дисциплины
Цифровая обработка сигналов

разработана в соответствии с ФГОС:
• Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 10.04.01 ИНФОРМАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ (уровень магистратуры) (приказ Минобрнауки России от 01.12.2016г. №1513)

составлена на основании учебного плана:
10.04.01 Информационная безопасность
утвержденного учёным советом вуза от 30.06.2020 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра информационной безопасности

Протокол от 08.06.2019 г. № 10-2019/20
Срок действия программы: 2020-2021 уч. г.

Заведующий кафедрой
д.ф.-м.н., профессор Поляков В.В.


Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании кафедры

Кафедра информационной безопасности

Протокол от 08.06.2019 г. № 10-2019/20
Заведующий кафедрой д.ф.-м.н., профессор Поляков В.В.


1. Цели освоения дисциплины

1.1.Целью освоения учебной дисциплины «Цифровая обработка сигналов» является: теоретическое и практическое освоение методов и средств цифровой обработки сигналов для успешного проведения исследований и разработок по созданию и обеспечению функционирования радиоэлектронных устройств и систем различного назначения. Поставленная цель достигается следующими путями: изучение методов математического описания систем цифровой обработки сигналов, способов их синтеза, математического моделирования и аппаратно-программной реализации; применение приобретенных знания по цифровой обработке сигналов для решении прикладных задач в соответствии с требованиями квалификационной характеристики и компетенциями.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В.ДВ.01.02

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ПК-4 способностью разрабатывать программы и методики испытаний средств и систем обеспечения информационной безопасности
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.- основы информационных технологий, используемых для приобретения новых знаний и умений в новых областях науки и техники ;
- основные источники информации для повышения своей квалификации в различных областях знаний;
- методы дискретизации и квантования, основные дискретные преобразования и методы цифровой фильтрации сигналов;
- математические модели дискретных систем и область их применения;
3.2.Уметь:
3.2.1.- применять информационные технологии для самостоятельного получения новых знаний;
- использовать в практической деятельности новые знания и умения, непосредственно не связанные со сферой деятельности;
- выбирать и применять в учебном процессе средства информационно-коммуникационных технологий ;
- использовать типовые инструментальные средства и пакеты прикладных программ для обработки сигналов на ЭВМ;
выбирать эффективную методику цифровой обработки сигналов для конкретной задачи;
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.- методами получения новых знаний с использованием информационных технологий;
- навыками применения знаний и умений в новых областях, непосредственно не связанных со сферой деятельности.
- методами выбора и практической реализации алгоритмов цифровой обработки сигналов
- навыками компьютерного моделирования алгоритмов цифровой обработки сигналов .

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Основы анализа сигналов
1.1. Классификация сигналов. Энергия и мощность сигнала. Ряд Фурье. Преобразование Фурье. Корреляционный анализ. Комплексная огибающая. Случайные сигналы. Лекции 1 2 ПК-4 Л2.1, Л1.1
1.2. Корреляционный анализ. Комплексная огибающая. Лабораторные 1 6 ПК-4 Л2.1, Л1.1
1.3. Энергия и мощность сигнала. Ряд Фурье. Преобразование Фурье. Случайные сигналы. Сам. работа 1 16 ПК-4 Л2.1, Л1.1
Раздел 2. Аналоговые системы
2.1. Классификация систем. Характеристики линейных систем. Преобразование случайного процесса в линейной системе. Способы описания линейных систем. Лекции 1 2 ПК-4 Л2.1, Л1.1
2.2. Характеристики линейных систем. Способы описания линейных систем. Лабораторные 1 6 ПК-4 Л2.1, Л1.1
2.3. Преобразование случайного процесса в линейной системе. Сам. работа 1 16 ПК-4 Л2.1, Л1.1
Раздел 3. Дискретные сигналы
3.1. Аналоговые, цифровые и дискретные сигналы. Аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование. Спектр дискретного сигнала. Теорема Котельникова. Z-преобразование. Дискретные случайные сигналы. Лекции 1 2 ПК-4 Л2.1, Л1.1
3.2. Аналоговые, цифровые и дискретные сигналы. Аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование. Лабораторные 1 6 ПК-4 Л2.1, Л1.1
3.3. Спектр дискретного сигнала. Теорема Котельникова. Z-преобразование. Дискретные случайные сигналы. Сам. работа 1 20 ПК-4 Л2.1, Л1.1
Раздел 4. Дискретные системы
4.1. Способы описания дискретных систем. Преобразование случайного сигнала в дискретной системе. Дискретные фильтры. Формы реализации дискретных фильтров. Лекции 1 2 ПК-4 Л2.1, Л1.1
4.2. Преобразование случайного сигнала в дискретной системе. Дискретные фильтры. Лабораторные 1 6 ПК-4 Л2.1, Л1.1
4.3. Дискретные фильтры. Формы реализации дискретных фильтров. Сам. работа 1 16 ПК-4 Л2.1, Л1.1
Раздел 5. Спектральный анализ
5.1. Дискретное преобразование Фурье. Алгоритмы быстрого преобразования Фурье. Спектр дискретного случайного процесса. Лекции 1 2 ПК-4 Л2.1, Л1.1
5.2. Алгоритмы быстрого преобразования Фурье. Лабораторные 1 6 ПК-4 Л2.1, Л1.1
5.3. Спектр дискретного случайного процесса. Сам. работа 1 20 ПК-4 Л2.1, Л1.1
Раздел 6. Проектирование дискретных фильтров
6.1. Метод билинейного z-преобразования. Метод инвариантной импульсной характеристики. Прямые методы синтеза. Субоптимальный синтез нерекурсивных фильтров. Лекции 1 4 ПК-4 Л2.1, Л1.1
6.2. Цифровая фильтрация сигналов Лабораторные 1 6 ПК-4 Л2.1, Л1.1
6.3. Прямые методы синтеза. Субоптимальный синтез нерекурсивных фильтров. Сам. работа 1 20 ПК-4 Л2.1, Л1.1
Раздел 7. Эффекты квантования в цифровых системах
7.1. Формы представления чисел. Процесс квантования. Эффекты квантования в цифровых фильтрах. Лекции 1 2 ПК-4 Л2.1, Л1.1
7.2. Эффекты квантования в цифровых фильтрах. Сам. работа 1 8 ПК-4 Л2.1, Л1.1
Раздел 8. Модуляция и демодуляция
8.1. Амплитудная модуляция. Угловая модуляция. Квадратурная модуляция. Способы модуляции, используемые при передачи цифровой информации. Лекции 1 2 ПК-4 Л2.1, Л1.1
8.2. Способы модуляции, используемые при передачи цифровой информации. Сам. работа 1 10 ПК-4 Л2.1, Л1.1

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
см. Приложения
5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
см. Приложения
5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации
см. Приложения

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 Сигов А.С. - отв. ред. НАНОЭЛЕКТРОНИКА. Учебник для бакалавриата и магистратуры: Гриф УМО ВО М.:Издательство Юрайт ЭБС Юрайт, 2018 biblio-online.ru
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 В.П. Федосов, А.К. Нестеренко Цифровая обработка сигналов в LabVIEW: учебное пособие М.: ДМК Пресс // ЭБС "Лань", 2009 e.lanbook.com
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
Название Эл. адрес
Э1 www.gpntb.ru/ Государственная публичная научно-техническая библиотека.
Э2 www.nlr.ru/ Российская национальная библиотека.
Э3 www.nns.ru/ Национальная электронная библиотека.
Э4 www.rsl.ru/ Российская государственная библиотека.
Э5 www.microinform.ru/ Учебный центр компьютерных технологий «Микроинформ».
Э6 www.tests.specialist.ru/ Центр компьютерного обучения МГТУ им. Н.Э.Баумана.
Э7 www.intuit.ru/ Образовательный сайт
Э8 www.window.edu.ru/ Библиотека учебной и методической литературы
Э9 www.osp.ru/ Журнал «Открытые системы»
Э10 www.ihtika.lib.ru/ Библиотека учебной и методической литературы
6.3. Перечень программного обеспечения
Microsoft Office
Microsoft Windows
7-Zip
AcrobatReader
Python c расширениями PIL
6.4. Перечень информационных справочных систем
Профессиональные базы данных:
1. Электронная база данных «Scopus» (http://www.scopus.com);
2. Электронная библиотечная система Алтайского государственного университета (http://elibrary.asu.ru/);
3. Научная электронная библиотека elibrary (http://elibrary.ru

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
001вК склад экспериментальной мастерской - помещение для хранения и профилактического обслуживания учебного оборудования Акустический прибор 01021; виброизмеритель 00032; вольтметр Q1202 Э-500; вольтметр универсальный В7-34А; камера ВФУ -1; компьютер Турбо 86М; масспектрометр МРС -1; осциллограф ЕО -213- 2 ед.; осциллограф С1-91; осциллограф С7-19; программатор С-815; самописец 02060 – 2 ед.; стабилизатор 3218; терц-октавный фильтр 01023; шкаф вытяжной; шумомер 00026; анализатор АС-817; блок 23 Г-51; блок питания "Статрон" – 2 ед.; блок питания Ф 5075; вакуумный агрегат; весы; вольтметр VM -70; вольтметр В7-15; вольтметр В7-16; вольтметр ВУ-15; генератор Г-5-6А; генератор Г4-76А; генератор Г4-79; генератор Г5-48; датчик колебаний КВ -11/01; датчик колебаний КР -45/01; делитель Ф5093; измеритель ИМП -2; измеритель параметров Л2-12; интерферометр ИТ 51-30; источник "Агат" – 3 ед.; источник питания; источник питания 3222; источник питания ЭСВ -4; лабораторная установка для настройки газовых лазеров; лазер ЛГИ -21; М-кальк-р МК-44; М-калькул-р "Электроника"; магазин сопротивления Р4075; магазин сопротивления Р4077; микроскоп МБС -9; модулятор МДЕ; монохроматор СДМС -97; мост переменного тока Р5066; набор цветных стекол; насос вакумный; насос вакуумный ВН-01; осциллограф С1-31; осциллограф С1-67; осциллограф С1-70; осциллограф С1-81; осциллоскоп ЕО -174В – 2 ед.; пентакта L-100; пирометр "Промень"; пистонфон 05001; преобразователь В9-1; прибор УЗДН -2Т; скамья оптическая СО 1м; спектограф ДФС -452; спектограф ИСП -51; стабилизатор 1202; стабилизатор 3217 – 4 ед.; стабилизатор 3218; стабилизатор 3222 – 3 ед.; станок токарный ТВ-4; усилитель мощности ЛВ -103 – 4 ед.; усилитель У5-9; центрифуга ВЛ-15; частотомер Ч3-54А; шкаф металлический; эл.двигатель; электродинамический калибратор 11032
410К лаборатория в области электротехники, электроники и схемотех-ники, лаборатория физических методов защиты информации - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации Учебная мебель на 12 посадочных мест; рабочее место преподавателя; доска меловая 1 шт.; компьютеры Парус 945 MSI PDualCore E2140/512Mb+1024/HDD80Gb/DVD-ROM/LCD17" LG/KM – 11 шт.; учебно-лабораторные стенды – 5 шт.; Контрольно-измерительная аппаратура для измерения частотных свойств, форм и временных характеристик сигналов: осциллограф цифровой АСК-2062 – 5 шт.; Средства для измерения параметров электрических цепей: мультиметр АРРА 205 – 5 шт; Вольтметр 01202-50; Вольт-метр селективный В6-9. Средства гене-рирования сигналов: генератор GFG-8219 A Good Will Instrument Co, Ltd – 5 шт.; Генератор Г5-75; Генератор Г3-112; Генератор Г3-56; Вспомогательное оборудование: Источник питания АТН-1237; Стабилизатор 1202; Стабилизатор 3222 – 3 шт.; Компаратор напряжений Р3009; Усилитель мощности LV-103; Усилитель РУ4-29 – 2 шт.; Акустический комплект 01024; Микрофон МК-202 – 2 шт.; Капсуль МК-301 – 2 шт.
Учебная аудитория для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска, мультимедийное оборудование стационарное или переносное)
Помещение для самостоятельной работы помещение для самостоятельной работы обучающихся Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

Рекомендации по подготовке к лекционным занятиям
- перед очередной лекцией необходимо просмотреть по конспекту материал предыдущей лекции.
- бегло ознакомиться с содержанием очередной лекции по основным источникам литературы в соответствии с рабочей программой дисциплины;
- обратить особое внимание на сущность и графическое сопровождение основных рассматриваемых теоретических положений.
Рекомендации по подготовке к лабораторным работам
- руководствоваться графиком лабораторных работ РПД;
- накануне перед очередной работой необходимо по конспекту или в методических указаниях к работе просмотреть теоретический материал работы;
- на лабораторном занятии, выполнив разработку алгоритма и реализовав задание на языке высокого уровня, необходимо проанализировать окончательные результаты и убедится в их достоверности;
- обратить внимание на оформление отчета, в котором должны присутствовать: цель работы, описание алгоритма, журнал опытных данных, реализация в опыте, цели работы, необходимые графические зависимости (при их наличии) и их анализ, результаты работы и выводы;
- при подготовке к отчету руководствоваться вопросами, приведенными в методических указаниях к данной работе, тренажерами программ на ЭВМ по отчету работ и компьютерным учебником.
Рекомендации по подготовке к самостоятельной работе
- руководствоваться графиком самостоятельной работы;
- выполнять все плановые задания, выдаваемые преподавателем для самостоятельного выполнения, и разбирать на семинарах и консультациях неясные вопросы;
- подготовку к зачету необходимо проводить по теоретическим вопросам
- при подготовке к зачету параллельно прорабатываете соответствующие теоретические и практические разделы курса, все неясные моменты фиксируйте и выносите на плановую консультацию.